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Rollenstromabnehmer mit mehreren zwei gegenüberliegende Seiten einer
Stromschiene berührenden Stromabnehmerrollen Die Erfindung bezieht sich auf Stromabnehmer
mit Rollen für Bahnen mit hoher Fahrgeschwindigkeit, bei denen mehrere, zwei gegeniiberliegende
Seiten einer Stromschiene berührende Kontaktrollen vorgesehen sind.
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Bisher sind Stromabnehmer mit mehreren Rollen nur .in Bauarten für
geringe Fahrgeschwindigkeiten bekannt geworden, welche Drähte von oben und unten
in größerem Abstand voneinander befahren und so weich gefedert sind, daß sie einerseits
die zwischen ihnen liegende Fahrdrahtlänge nichterheblich durchbiegen, andererseits
zur Fahrt über die Drahtbrücken an den Aufhängestellen sich genügend weit ohne große
Druckerhöhung spreizen können. Im Gegensatz dazu sind erfindungsgemäß -die Rollen
zu je einem gegenseitig hartgefederten Paar zusammengefaßt, wobei .immer eine untere
einer oberen Rolle gegenüberliegt. Bei dem sehr schnellen Lauf über die Stromschiene
wird dann zwangläufig bei geringen Abhebesprüngen der einen Rolle des Paares auf
den unvermeidlichen Schienenunebenheiten sofort die andere parallel geschaltete
verstärkt angepreßt und der gute Kontakt gewahrt.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen
derartiger Kontaktrollen veranschaulicht. Abb. z stellt eine Seitenansicht einer
Ausführungsform quer zur Gleisrichtung dar, Abb. 2 eine Stirnansicht hierzu längs
zur Gleisrichtung. Die Stromzuführungsschiene 35 ist zweckmäßig auf beiden Seiten
profiliert und an einer Seite durch Tragarme 36 gehalten. Sie liegt parallel zum
Fahrzeuggleis, und es laufen oben und unten die Stromabnehmerrollen 37 bzw. 38,
welche gegen die Schienen gepreßt werden. Die Rollen sitzen am Ende doppelarmiger
Schwenkhebel 39 bzw. 40, die in Augen 4r bzw. 42 einer Brücke 43 gelagert sind.
Zwischen den freien Enden der Hebel 39 und' 40 sitzt eine Druckfeder 4.4, welche
solcherart die Rollen 37 und 38 mit untereinander gleichen Kräften von oben und
unten e gen -die Schiene 35 preßt. Die Brücke43 ist mit Auge 45 an einem !VLitnehmerarm
46 des Fahrzeugkörpers angelenkt. Der Anpreßdruck der Rollen, wie hoch er auch sein
mag, kann niemals als Biegekraft, und zwar weder auf den Mitnehmerarm 46 noch auf
die Schiene 35, wirken, sondern er ist durch die Brücke 43 ausgeglichen. Hinsichtlich
der Stromzuleitung ist zwecks genauester Linienführung bei sehr hohen Geschwindigkeiten
der Stromschiene vor dem noch so sorgfältig aufgehängten Draht der Vorzug zu geben.
Ihre Lücken mit den sonst daraus folgenden dynamischen Schlagwirkungen sind bei
der vorliegenden Erfindung durch sorgfältige Stoßausbildung praktisch wirkungslos
zu machen, nicht allein durch die - natürlich vollkommenste - Stoßverschweißung,
sondern auch durch Schräg- oder Blattstoß. Denn
bei Anpressungs-
und womöglich auch Gewichtsausgleich der Stromabnelhiner ist die Schiene statisch
überhaupt nicht mehr auf Biegung belastet. Es wird also nicht mehr, wie sonst bei
Tragbelastung eines Gliedes, das Ablaufende der Stoßstelle gegenüber dem Auflaufende
eingesenkt, die Stoßlasche wird nicht bis zur Lockerung der Stoßverbindung abgenutzt,
und die Stoßstelle bildet keinen Einsenkungsknick während des Überfahrens.
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Den restlichen dynamischen Unebenheitswirkungen der Stromschiene,
die bei den sehr hohen Geschwindigkeiten schon durch geringe, nie ganz vermeidbare
Abweichungen von der .idealen Linienführung, aber auch durch Fremdkörper, wie Eis,
eintreten, wird durch die neue Stromabnehmerbauart sehr wirksam begegnet. -Wird
beispielsweise durch Eisbildung oder durch örtlich etwas zu hohe Halterung ,der
Stromschiene 35 die obere Rolle 37 aufwärts gestoßen und ihr guter Kontakt gefährdet,
so wird gleichzeitig die Rolle 38 von unten mit erhöhter Kraft gegen die Stromschiene
35 gepreßt, denn jede Aufwärtsbewegung der Rolle 37 gibt mittels .Schwenkhebels
39 der Druckfeder 44 zusätzliche Spannung, welche über den Schwenkhebel 4o sofort
zusätzlich auf Rolle 38 wirkt. Dabei sind nur die verhältnismäßig geringen Trägheitswirkungen.
der Schwenkhebel 39 und 40 zu überwinden, die Brücke 43 dagegen nebst allen weiter
anschließenden Teilen (Mitnehmerarm 46 usw.) bleibt von der Stoßbewegung unberührt.
Im Gegensatz zu auch sonst bekannten Mehrfachanordnungen von Stromabnehmern ist
hier nicht nur die Wahrscheinlichkeit guten Kontakts durch die zweite Rolle verdoppelt,
sondern infolge deren selbsttätiger Zusatzanpressung im Augenblick der Abspringneigung
der ersten Rolle vervielfacht.
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Die Abb. 3 bis 6 zeigen, wiederum in Seitenansicht (Abb. 3, 5) und
Stirnansicht (Abb. 4., 6) zwei andere Lösungen der grundsätzlich gleichen Stromabnehmerart.
Statt der Schraubenfeder 44 in Abb. i und 2 erzeugen hier geschichtete Halbelliptikblattfedern
47 bzw. 48 den Anpreßdruck der Abnehmerrollen 37 und 38 gegen die .Stromschiene
35. Bei Abb. 3 und 4 sind die Endlagen der Blattfeder 47 unmittelbar zu Fassungen
für die Rollenachsen 49 und 5o ausgestaltet. Die beim Unebenheitsstoß zu bewegenden
Massen sind bei dieser Anordnung besonders gering. Abb. 5 und 6 zeigen ebenfalls
ein Blattfederpaket 48, welches aber in Lageraugen 51 und 52 für Schwenkheb.e153
und 54 endigt. Abgesehen von der Federform ist hier die Arbeitsweise gleich derjenigen
in Abb. i und 2.
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In Abb. 7 und 8 (Seiten- und Stirnansicht) ist als Stromschiene ein
Winkelprofil 55 dar-, gestellt; hierfür muß die obere Rolle 56 ein vertieftes, die
untere, 57, ein erhabenes Keilprofil als Kranz aufweisen. Die Anpreisung der Abnehmerrollen
56 und 57 an die Stromschiene 55 erfolgt durch die Zugfeder 58, angreifend an den
Lenkhebeln 59 der Rollen. Im Gegensatz zu Abb. i und 2 und 5 und 6 schwingen die
Lenkhebel hier .in einer Ebene parallel zur Stromschiene um den Zapfen 6o. Dadurch
entfällt die frühere Brücke, und die Rollen bewegen sich bei Stößen stets genau
in der Schienenebene. Dadurch wird es möglich, den Laufflächen Keilform zu geben,
`nährend bei Abb. i bis 6 runde Laufflächen wegen der geringen Schwenkbewegungen
der Rollen notwendig waren.
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Natürlich können gemäß Abb.9 und io (Seiten- und Stirnansicht) die
Lenkhebel 61 auch Scherenform haben, wobei dann die Zugfeder 62 jenseits des Zapfens
63 liegt. Die Stromschiene 64 zeigt oben und unten gleiche, trapezförmige Laufflächen,
dementsprechend haben die Stromabnehmerrollen 65 beide vertiefte Keilprofile am
Kranz.
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Will man die Laufruhe des Rollenwerks, das ja durch den Mitnehmerarm
geführt wird, weiter erhöhen durch einen gewissen Radstand, so kann dies nach Abb.
ii und i2 (Seiten- und Stirnansicht) geschehen. Hier liegen die an der Brücke 66
gelagerten Rollenlenker 67 zueinander entgegengesetzt gerichtet, dadurch haben die
Rollen 68 und 69 in Fahrtrichtung einigen Abstand voneinander. Die Anpressung durch
eine zwischen den Rollen sitzende Zugfeder 70 bewirkt hier noch ein Drehmoment
auf die Brücke 66, dieses muß durch den Mitnehmerarm 71 auf den Wagenkörper
weitergeleitet und von der dortigen Armhalterung aufgenommen werden, wie dies später
beispielsweise bei den Abb. 26 bis 28 erläutert ist. Im Gegensatz zu den bisherigen
Anordnungen kann sich gemäß Abb. ii und 12 das Laufwerk als Ganzes ohne Z#,vängtirfg
schräg. zur Schiene 72 einstellen, beispielsweise aus der Mittellage 73, 73 in die
Schräglage 74, 74 übergehen. Das ist möglich, weil beide Laufflächen des Schienenprofils
72 durch Kreisbogen um ein und denselben Mittelpunkt 75 erzeugt sind. Liegt dieser
einseitig, in der Zeichnung z. B. nach oben hin, so erhält eine Lauffläche, hier
die obere, einen verhältnismäßig kleinen Krümmungshalbmesser, daher kann die obere
Rolle 68 mit vertieftrundern Kranzprofil als Führungsrolle dienen, während Rolle
69 flanschlose flachzylindrische Laufflächen hat.
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Ein vierrädriges Rollenwerk zeigen Abb. 13 und 14 (Seiten-
und Stirnansicht). Die Rollen 76 und 77 sitzen an den Enden zweier doppelarmiger
Scherenlenker 78 und sind durch zwei Zugfedern 79 angepreßt. ,Auch
hier
ist eine quer zur Schiene 8o schwenkbare Bauart dargestellt. Die Stromschiene 8o
hat beiderseits Kreisbogenform, nach oben konvex, nach unten konkav. Dementsprechend
haben die oberen Rollen 76 vertieftrundes, die unteren, 77, erhabenrundes Kranzprofil.
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Es .ist bemerkenswert, wie verschieden und vor allem unabhängig von
der Fahrgeschwindigkeit sich die Reibungszustände zwischen Abnehmern und Stromschiene
bei der vorliegenden Erfindung gestalten lassen. Die Ausführungen der Abb. i bis
6 und ii bis 14 zeigen den Grenzfall rein rollender Reibung, sofern (nach Art der
üblichen Hängebahnen) jeweils die vertieftrunden Laufprofile größeren Krümmungshalbmesser
haben als die damit zusammenarbeitenden, erhabenrunden Gegenprofile. Dabei ist der
Flächendruck an der Berührungsstelle schon bei mäßigen Anpreßkräften verhältnismäßig
hoch. Weil die Anpreßkräfte oben und unten erfindungsgemäß ausgeglichen sind, kann
man auch bei größeren Rollen, die bei hohen Fahrgeschwindigkeiten den Vorteil erträglicher
Drehzahl geben, den Flächendruck an der Berührungsstelle unschwer so weit steigern,
daß kontaktstörende Fremdkörper auf der Stromschiene, insbesondere Eis und Schnee,
zuverlässig zerquetscht werden.
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Von den klimatischen Verhältnissen und örtlichen Schutzmöglichkeiten
durch Überdachung und Seitenschutz der Stromleitung wird es abhängen, ob unter allen
Verhältnissen bereits dieses Verwalzen der Fremdkörper hinreichend guten Kontakt
gibt oder nicht. Im letzteren Fall kann ein zusätzliches Zerreißen der äußerst dünn
gewalzten Fremdkörperschicht mittels einiger Gleitbewegung der Berührungsflächen
gegeneinander von Vorteil für die Kontaktgabe sein. Das ist sehr einfach durch solche
Gestaltung der Berührungsprofile -möglich, wie dies Abb.7 bis io zeigen: hier sind
an ein und derselben Rolle Kranzpunkte verschiedenen Halbmessers, d. h. verschiedener
Umfangsgeschwindigkeiten, zugleich in Berührung mit der Lauffläche der Stromschiene,
werden also nur auf einem mittleren Halbmesser reine Rollbewegung haben, weiter
innen und weiter außen aber etwas gleiten. Beispielsweise beträgt bei Abb. 9 und
io die anliegende Kranztiefe 2o °/a des Rollenhalbmessers, der Rollenkranz wird
also außen voreilend, innen nacheilend um je io °/" der Fahrgeschwindigkeit auf
der Stromschiene gleiten. Auch bei den runden Profilen der Abb. i bis 6 und i i
bis 14 läßt sich mäßige Gleiteng durch übereinstimmendes Krümmungsmaß zusammenarbeitender
Rollenkranz- und Schienenprofile erzielen. Die zusätzliche Gleiteng kann indes auch
ganz unabhängig von Form und Tiefe der zusammenarbeitenden Rollflächen zwangläufig
erreicht werden, tvenn man einem Rollenpaar mittels eines verbindenden Getriebemechanismus
gegcnseitigen Schlupf aufzwingt. Das ist in Abb. 15 und 16 beispielsweise mit Schraubenrädern
am Rollenwerk der Abb. 9 und io gezeigt. Die umlaufenden Rollenachsen 81 und 82
tragen hier Schraubenräder 83 und 84., welche mit den Schraubenrädern 85 und 86
ein und derselben Welle 87 im Eingriff stehen. Dabei hat das Räderpaar 83, 85 etwas
abweichendes Übersetzungsverhältnis von demjenigen 8d., 86, beispielsweise kleineres.
Dann wird die obere Abnehmerrolle 88 voreilend, die untere, 89, nacheilend auf der
Stromschiene 72 gleiten. Wie die Abbildungen erkennen lassen, ist die Beweglichkeit
der Lenkarme 9o und 9i um Zapfen 92 in nichts behindert, denn Welle 87 ist beim
Schraubenrad 85 zwar unv erscfiieblich im Gehäuse 93 gelagert, beim Schraubenrad
86 aber längsverschieblich im Lagergehäuse 9d., wobei sowohl Lagergehäuse 93 und
9.1 sich in ihrer Fassung am Lenkarm 9o bzw. 9i drehbar einstellen können. Auch
Kegel- und Stirnradtriebe sind natürlich für die Schl.upfregelung nach gleichem
Grundsatz anwendbar.
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Bei allen Anordnungen gemäß Abb. i bis 16 bewirkt die beginnende Abspringbewegung
des einen Abnehmers eine zusätzliche Anpresseng des anderen, ohne daß dabei die
Massen des zum Wagenkörper reichenden M.itneh.merarmes in Bewegung zu setzen sind.
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Bei den Abb. 17 bis i9 (Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht)
befindet sich die Stromschiene 72 ebenfalls seitlich in einigem Abstand von der
Tragschiene 95, liegt aber wagerecht. Das Stromamnehmerrollenwerk ist um das nach
Abb.12 geformte Stromschienenprofil72 schwenkbar, ein Wagerechtgelenk zwischen der
Rollenbrücke 96 und dem Mitnehmerarm 97 ist daher nicht nötig. Der vorgesehene Senkrechtgelenkzapfen
98 und ein ebensolcher, 99, beim Anschluß des Mitnehmerarms 97 am Wagenkopf ioo
gestatten in Verbindung mit der Schräganordnung des Mitnehmerarms die nötige wagerechte
Bewegungsfreiheit des Wagenkopfes ioo gegenüber der Stromschiene 72. Die Schwenkbarkeit
des Rollenwerks um die Stromschiene 72 und der Wagerechtgelenkzapfen ioi beim Wagenkopfanschluß
geben die nötige senkrechte Bewegungsfreiheit. Weil die beiden Rollen 68 und 69
mit der Wagenkopfanlenkung 99, ioi zwangsweise stets in einer Ebene liegen, .ist
Rolle 68 als alleinige Führung des Roll°nwerks auf der Schiene ausreichend. Vorteilhaft
sitzt die Anlenkung 99, ioi möglichst dicht über der Tragschiene- 95, dann werden
die Wagerecht- und Senkrechtabweichungen des Anlenkpunkts bei Schräglagen
gegenüber
der dargestellten Mittellage nur gering (vgl. die gekennzeichneten Schräglagen gg',
ioi' und 99", ioi"). Auch die Schräge des Mitnehmerarmes 97 gegenüber der Stromschiene
72 ändert sich dann so wenig, daß die gezeichnete Anpreßfederung des Rollenwerks
keine nennenswerten Schwankungen des Anpreßdrucks ergibt. Die Rollen 68 und 69 sitzen
hier unmittelbar an den Enden der Brücke 96. Die Zugfedern io2 wollen die Brücke
96 um den Zapfen 98 drehen und bewirken dadurch ein Anpressen der Rollen 68 und
69 an die Stromschiene 72. Je kleiner der Rollenabstand 103 ausgeführt wird,
um so mehr Anpreßkraft wird von der gleichen Federkraft erzeugt. Letztere wird man
nach Möglichkeit beschränken, um das Biegmoment der Federkräfte iop, auf den Mitnehmerarm
97 klein zu halten. Vergegenwärtigt man sich die Wirkung einer Unebenheit, etwa
zwischen Stromschiene 72 und Rolle 68, so sieht man: der abhebende Linksstoß -auf
Rolle 68 bewirkt über Brücke 96 unmittelbar eine Linksbeschleunigung der Gegenrolle
69 gegen Schiene 72 hin, also ein schärferes Anpressen; die vom Stoß mitbewirkte
anlüftende Drehbeschleunigung der Brücke 96 um den Zapfen 98 tritt wegen des geringen
Hebelarmes 103 völlig zurück hinter der Linksbeschleunigung der Brücke samt Rollen.
Will man Flanschreibung der Rolle 68 infolge des Gewichts von Rollenwerk und halbem
Mitnehinerarm vermeiden, so kann dies Gewicht, etwa durch eine um den Lagerzapfen
ioi angeordnete Biegingsschraubenfeder, von dem Wagenkopf ioo getragen werden.
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In Abb. 2o bis 22 (Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht) ist
die Stromschiene 35 ebenso angeordnet wie in Abb. 17 bis ig, sie hat aber das in
Abb. i und 2 gezeigte Profil, das Abnehmerrollenwerk kann sich nicht schräg zur
Schiene stellen. Es ist gemäß Abb. 13 und 14 gestaltet, nur haben hier alle vier
Rollen 37, 38 vertief trundes Kranzprofil, führen also alle vier. Von den Scherenlenkern
78 endigt einer in dem Kugelgelenk 104, welches in der gemeinsamen Mittelebene von
Schiene und Rollen liegt und den Angriffspunkt der Mitnehmerstange 105 bildet. In
derselben Ebene liegt bei Mittelstellung des Wagens ioo das andersseitige Kugelgelenk
io6 des Mitnehmerarms, welches an einer Achsbüchse io7 des Laufrades io8 mög-lichst
nahe am Kopf der Tragschiene 95 angebracht ist. Solche Anlenking der Mitnehmerstange
io5 am unabgefederten Wagenlaufwerk hat den Vorteil, daß sie beim Auf-und Abschwingen
des Wagenkörpers ioo in den Tragfedern nicht auf und ab mitwander t, sondern lediglich
durch das Schräglegen des Wagens nach io6' bzw. io6" gelangt. Macht man die Mitnehmerstange
Ios genügend lang, so sieht man unmittelbar aus Abb. 17 bis 22, daß auch in den
Schräglagepunkten io6' und io6" die Richtung der Mitnehmerstange io.5 nur unwesentlich
kleine Winkel zur Mittelebene von Schiene und Rollen bildet. Den daraus folgenden
Momenten, welche das Rollenwerk um die Schiene 35 herumzuschwenken streben, wird
durch sehr geringe Flanschkräfte der vier Rollen 37 und 38 die Waage zu halten sein.
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In den Abb. 23 bis 25 liegt die Strom= schiene dicht neben der Tragschiene
auf der dem Streckentragwerk abgekehrten Seite.
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Bei den Abb.23 bis 25 (Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht)
hat die Stromschiene 35 das Profil der Abb. i und z, indes mit Gewichtsausgleich
iog oder Federkraftausgleich Toga der einseitigen Massen. Die Anlenkung und Mitnahme
ist hier durch Gabelhebel i io und i i i bewerkstelligt, welche miteinander durch
Gelenkzapfen 112 mit der Rollenbrücke I13 durch Gelenkzapfen 114 und mit dem Wagenkörper
ioo durch Lagerzapfen 115 verbunden sind. Bei den äußersten Schräglagen des Wagens
ioo kommt das Lenkersystem in die Lagen i io' i i i' bzw. I I o", I I I".
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In Abb. 26 bis 28 (Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht) hat
die Stromschiene 35 gleiches Profil und gleiche Lage wie bei Abb. 23 bis 25. Die
Rollen 37 und 38 sind starr an den Enden einer gegabelten Brücke 116 gelagert. Diese
ist über ein wagerechtes Gelenk 117 an einen teleskopartig ausziehbaren Mitnehmerarm
118, iig angeschlossen, dessen Anfang durch das Wagerechtgelenklager i2o am Wagenkörper
ioo befestigt ist. Bei den äußersten Schräglagen des Wagens ioo.um die Tragschiene
95 herum ist die Gelenklagerachse nach i2o' bzw. i2o" gewandert, demgemäß müssen
die Armteile 118 und i i9 sich etwas zusammenschieben. Die Anpressung der Rollen
37 und 38 an die Stromschiene 35 erfolgt, ähnlich wie bei Abb. 17 bis ig, durch
ein auf die Brücke 116 ausgeübtes Drehmoment. Dieses liefert die im Arm i i8, i
ig liegende Biegungsschraubenfeder 121, welche mit einem Ende am Armteil 118 mit
dem anderen am Armteil zig befestigt ist. Aus gleichen Gründen, wie bei Abb.17 bis
ig erörtert, ist auch hier ein geringer Rollenabstand 103 anzustreben, um
die Anpressung der Rollen 37 und 38 mit möglichst geringem Drehmoment der Feder
121 zu erzielen. Da die 1VEtnehmerarmteile 118 und i ig auf Biegung belastet sind
und dabei doch. leichte gegenseitige Verschieblichkeit behalten sollen, ist es empfehlenswert,
ihre innere Abstützung gegeneinander
durch zwei längsverschiebliche,
mit einem Käfig 122 vereinigte Kugelreihen 123 vorzusehen.
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In Abb. 29 bis 31 (Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht) ist
für eine nach Abb. 12 profilierte Stromschiene 72, die unmittelbar neben der Tragschiene
95 liegt, eine sinngemäß mit Abb. 17 bis i9 übereinstimmende Anlenkung und Rollenhalterung
gezeigt. Auch hier liegt das Kreuzgelenk 99, ioi an einer Achsbuchse 124. des Laufrades
io8. Die größten Ausschwenklagen sind durch 99', ioi' bzw. 99", ioi" gekennzeichnet.
Grundsätzlich ebenso ließe sich diese Anlenkung auch an einer Achsbuchse des Gegenrades
125 bewerkstelligen.
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In Abb.32 bis 34 (Seitenansicht, Stirnansicht und Draufsicht) ist
ein Vierrollenstroinabnehmer ähnlich Abb. 13 und 14 auf einer dicht bei Tragschiene
95 liegenden, gemäß Abb. io profilierten Stromschiene 64 gezeigt. Die Scherenlenker
126 sind hier zwecks An.pressung der Rollen durch Druckfedern 127 belastet,
sie endigen wiederum in der gemeinsamen Mittelebene von Stromschiene und Rollen
in Anschlüssen 128 für die Mitnehiner 129 und 130. Letztere sind hier als Zugstangen
oder Zugseile ausgebildet und an dicht über der Stromschiene liegenden Ansätzen
131 der Laufradachsbuchse 12.I befestigt. (Den Anschluß des Zugorgangs 130 hat man
sich an dem nächsten nicht mehr gezeichneten Wagenlaufrad zu denken.) Die Lage der
Anschlußstelle bei den größten Wagenausschwingungen ist durch die Punkte 131' und
131" gekennzeichnet. Man sieht, daß bei hinreichender Länge der Zugorgane 129 und
13o deren Winkel zur Richtung des Rollenwerkes gering genug wird, um die Seitenkraft
durch die Rollenflansche aufzunehmen.